ПРОТИВОУДАРНОЕ МНОГОСЛОЙНОЕ ПОКРЫТИЕ

Настоящее изобретение относится к высокоэффективному многослойному противоударному покрытию. Известно применение противоударных покрытий, используемых для покрытия транспортных средств, подвергающихся риску ударных воздействий. В частности, эти покрытия применяют для защиты чувствительных деталей кораблей, поездов, самолетов, а также легковых и грузовых автомобилей от случайных соударений с предметами различных типов.

Применение противоударных покрытий на железнодорожном транспорте является особенно важным, поскольку поезда (прежде всего современные высокоскоростные поезда) при движении часто подвергаются случайным соударениям с пролетающими камнями.

Удары, особенно возможные в нижних частях подвижного состава, могут серьезно повреждать его, поскольку некоторые чувствительные детали, такие как колесные пары (система, состоящая из оси, колес, тормозов и трансмиссии), расположенные в нижней части вагонов, подвержены риску соударений с камнями и балластом, что может приводить к повреждению этих деталей и серьезным последствиям для всего поезда.

Даже простое удаление красочного слоя вследствие указанных случайных соударений может стать причиной повреждений корпусных частей железнодорожного состава, поскольку в отсутствие защитного покрытия металл, из которого состоят эти корпусные части, подвергается преждевременной коррозии под воздействием атмосферных факторов, что приводит к преждевременному выходу из строя всего поезда.

В настоящее время покрытия, используемые, например, для нанесения на корпуса подвижного состава (в частности, на днища вагонов и локомотивов), представляют собой многокомпонентные материалы, которые наносят на защищаемые конструкции обычными способами, применяемыми для нанесения краски. Однако с этими типами покрытий связаны и некоторые проблемы, обусловленные их стабильностью. В частности, обычные противоударные краски, если их применяют при низких или высоких температурах, не могут гарантировать адекватную защиту.

Ситуации, при которых необходимо гарантировать адекватную защиту от ударов, имеют место, например, в случае покрытий для колесных пар поездов, где температура на участках около с тормозной системы может достигать высоких значений (до +150°С). На этих деталях, подверженных высоким механическим напряжениям, неспособность нормальных покрытий выдерживать такие высокие температуры приводит к отслаиванию этих покрытий и последующему ударному выщербливанию их нижних поверхностей.

Применение таких покрытий при температурах ниже нуля может сопровождаться явлениями чрезмерного увеличения жесткости с последующим растрескиванием и/или отсоединением покрытия, происходящим в случае удара. Ситуации, при которых температуры могут быть значительно ниже нуля, имеют место в странах, где в зимние месяцы температуры могут опускаться даже до сорока градусов ниже нуля; в этих особых ситуациях могут происходить и случайные соударения с кусками льда или плотного снега. Поэтому для защиты таких конструкций от ударов, наносимых другими предметами, было бы желательно иметь краску, способную сохранять устойчивость даже в неоптимальных условиях окружающей среды.

Было бы также желательно иметь противоударную краску, способную сохранять свои свойства даже при больших колебаниях температуры, при воздействии растворителей или корродирующих веществ и при истирании.

Было бы также желательно иметь такую противоударную краску, которую, применяя нормальную технику покраски, можно было бы легко наносить даже на сложные поверхности и которая длительно сохраняла бы свои противоударные свойства.

Поэтому предметом настоящего изобретения является представление краски для металлических и неметаллических деталей поездов, кораблей, самолетов, а также легковых и грузовых автомобилей и рабочих машин, способной защищать обработанную поверхность от любого типа разрушения, вызванного возможным соударениями с летающими или движущимися предметами, предупреждая выщербливание, растрескивание или образование внутренних напряжений в материале.

Другой целью настоящего изобретения является предоставление краски, защищающей от ударов, способной выдерживать колебания температуры, в частности способной наилучшим образом выполнять свою противоударную функцию даже при очень высоких температурах или при температурах значительно ниже нуля, т.е. с ее гарантированной эффективностью в диапазоне температур от -45°C до +180°C.

Еще одной целью настоящего изобретения является предоставление противоударной краски, способной защищать поверхность от абразивного или эродирующего действия летающих частиц, таких как капли воды, частицы пыли, песка, льда, а также способной защищать эти поверхности от истирания движущимися предметами.

Еще одной целью настоящего изобретения является предоставление краски для защиты от ударов, способной защищать поверхность от действия коррозии и разрушения, вызываемого корродирующими и/или загрязняющими веществам, такими как кислотные испарения, щелочные испарения, атмосферные агенты, промышленные дымы, микроклиматические факторы, а также способной защищать обработанные поверхности от контакта с химическими веществами, такими как кислоты, основания, органические растворители, детергенты и вода.

Согласно настоящему изобретению вышеуказанные цели осуществляют, применяя краску, предназначенную для защиты от ударов, характеризующуюся тем, что она содержит:

где указанные процентные количества выражены относительно общей массы краски.

С краской, предназначенной для защиты от ударов, согласно настоящему изобретению предоставлена краска, способная защищать конструкции или части конструкций от ударов как случайных, так и неслучайных, благодаря чему можно наносить покрытия на детали движущихся средств, таких как железнодорожные поезда, самолеты, а также корабли, рабочие машины, которые обычно подвергаются воздействию случайных ударов или ударов, обусловленных типом выполняемой работы.

В частности, краска согласно настоящему изобретению предоставляет покрытие для нижних частей железнодорожного подвижного состава, способное защищать как вагоны, так и локомотивы от случайных ударов, наносимых пролетающими камнями или иными тупыми предметами при движении поезда. Эта краска также способна осуществлять свою защитную функцию даже при высоких температурах, что существенно важно для защиты некоторых деталей, расположенных около тормозной системы поезда и подвергающихся воздействию высокотемпературных напряжений.

Функция защиты от ударов у краски согласно настоящему изобретению гарантирована даже при температурах значительно ниже нуля или в присутствии растворителей или корродирующих веществ, которые могли бы повредить металл, из которого состоит поезд, вследствие чего было бы невозможно обеспечить его необходимую безопасность.

Краска, предназначенная для защиты от ударов согласно настоящему изобретению, состоит из эпоксидной смолы (такой как Epikote^® 828 производства Hexion Specialty Chemicals Inc.) или гидроксильного функционального полиола, содержание которых составляет от 50 до 75%, аминного или полиизоцианатного отвердителя (такого как Eporezit^® T-53 производства P+M Polimer Kemia Kft), содержание которого составляет от 23 до 55%, полых сфер, содержание которых составляет от 0,5 до 10%, армирующих волокон, содержание которых составляет от 1 до 7%.

Проценты, указанные в настоящем описании, относятся к массе указанного материала, отнесенной к общей массе краски.

В предпочтительной композиции, краска согласно настоящему изобретению состоит из эпоксидной смолы или гидроксильного функционального полимера, содержание которых составляет от 60 до 70%, аминного или полиизоцианатного отвердителя, содержание которого составляет от 28 до 42%, полых сфер, содержание которых составляет от 2,5 до 6%, армирующих волокон, содержание которых составляет от 1,5 и 3,5%.

В еще более предпочтительной композиции, краска состоит из эпоксидной смолы или гидроксильного функционального полиола, содержание которых составляет от 65 до 68%, аминного или полиизоцианатного отвердителя, содержание которого составляет от 28 до 32%, полых сфер, содержание которых составляет от 2,5 до 4%, армирующих волокон, содержание которых составляет от 1,5 и 2,5%.

Согласно настоящему изобретению термин «полые сферы» означает сферы из инертного материала с размерами 20-200 мкм. Материал, из которого состоят эти сферы, является выбранным из группы, состоящей из стекла, или пластического материала, или керамического материала.

Термин «армирующие волокна» означает волокна из инертных материалов, подходящим образом размолотые до размера, при котором они могут быть смешаны с краской и могут осуществлять свою армирующую функцию и/или делать покрытие проводящим (углеродные волокна, металлические волокна). Эти волокна являются выбранными из группы, состоящей из стеклянных волокон с размерами от 0,5 до 2 мм, углеродных волокон с размерами от 0,2 до 2,2 мм, полиамидных волокон с размерами от 0,2 до 2,2 мм, арамидных волокон с размерами от 0,2 и 2,2 мм, металлических волокон с размерами от 0,2 и 2,2 мм, волокон из минерального материала (такого как Lapinus^® Granulated Wools производства Lapinus Fibres Company) с размерами от 0,2 до 2,2 мм.

В краску, как описано в настоящей формулировке, могут быть добавлены вещества, которые обеспечивают стабильность и облегчают ее нанесение. Эти добавочные вещества представляют собой антиседиментационные добавки, смачивающие и диспергирующие добавки, добавки, ускоряющие реакцию, пигменты, красящие вещества и добавочные наполнители, ингибирующие коррозию, поверхностно-активные добавки, поверхностные добавки, добавки, способствующие разравниванию, добавки, способствующие растеканию, огнезащитные добавки, антистатические добавки (алкиламмонийные соли, таллоу-амины, сульфонаты натрия и т.д.), сухие смазывающие добавки (такие как PTFE, силиконовые сферы, полиамидный порошок и т.п.), добавки, которые улучшают сцепление с подложкой (силаны, органические силаны, полиэфирные смолы, полиолефины и т.п.), добавки, повышающие стойкость к истиранию (керамические порошки, порошок глинозема, порошкообразный Teflon^® и т.п.), добавки, повышающие пластичность и/или эластичность (такие как хлорированные парафины, фталаты, себацинаты, тримеллитаты, адипаты, углеводородные смолы, эпоксиполисульфиды, полиэфирные смолы, такие как LTW производства Evonik Degussa GmbH или K-flex^® производства King Industries Inc. и т.п.), функциональные реактивные разбавители (такие как Cardura^®, K-flex^® и т.п.), замутняющие добавки (такие как кремнеземы, полиуретановые, и/или полиамидные, и/или полипропиленовые воски, слюды, полиамидные порошки, такие как Vestosint^® производства Evonik Degussa GmbH и т.п.), добавки, поглощающие ультрафиолетовое излучение (такие как гидроксифенилтриазин, бензотриазол, HALS, такие как продукты из ряда Tinuvin^® производства BASF Company), активные силиконы, обеспечивающие смазывание поверхности и придающие водоотталкивающие свойства, создавая эффект «антиграффити».

Антиседиментационные добавки являются веществами, способными поддерживать в дисперсии твердые частицы, содержащиеся в краске (такие как полые сферы и армирующие волокна), тем самым предупреждая их оседание на дно контейнера при хранении краски; эти вещества представляют собой, например, модифицированные амидные или полиамидные воски, органофильный бентонит, пирогенный кремнезем или полимерные растворы модифицированной мочевины.

Смачивающие и диспергирующие добавки являются веществами, которые могут способствовать поддержанию твердых частиц краски в дисперсии, так чтобы можно было получать однородное покрытие; эти вещества представляют собой, например, алкиламмонийные соли с кислотными группами, соли ненасыщенных амидных производных полиаминов и полимерных сложных эфиров кислот с низкой молекулярной массой или растворы солей амидных производных длинноцепочечных полиаминов и сложного эфира полярной кислоты.

Добавки, ускоряющие реакцию, являются веществами, которые могут способствовать процессу отверждения краски после нанесения на обрабатываемую конструкцию, так чтобы можно было получать непрерывный и однородный слой, который гарантирует адекватную защиту от ударов во всех частях конструкции, обработанной этой краской. Вещества, применяемые в качестве ускорителей реакции, представляют собой, например, дилаурат дибутилолова (DBTL), октоат цинка, третичные амины, полиамидные аддукты.

Поверхностно-активные добавки, добавки, способствующие разравниванию краски, и добавки, способствующие растеканию краски, представляют собой добавки, способные влиять на поверхностное натяжение продукта, улучшая его способность смачивать подложку и пигменты, предоставляя краску с улучшенной поверхностной адгезией, разравниваемостью и растекаемостью. Такие добавки, как поверхностно-активные вещества, средства, способствующие разравниванию и растеканию краски, могут представлять собой силикон на акриловой и/или полиэфирной основе.

Огнезащитные добавки создают пленку, способную, в случае ее контакта с открытым пламенем, к меньшему выделению дыма и утолщению, благодаря чему такая пленка действует и как теплоизолятор, а при пожаре выполняет огнезащитные функции. Огнезащитные добавки могут представлять собой, например, вещества галогенизированного типа, меламин, цианурат меламина, полифосфаты аммония, HDBC, DECA и т.п.

Пигменты, окрашивающие вещества и добавочные наполнители являются веществами, способными придавать краске цвет и особые свойства (против скольжения, антистатические и т.п.), облегчающие ее нанесение и дающие возможность физически оценивать количество нанесенной краски, которое для прозрачной краски невозможно оценить иным способом. Этими веществами могут быть, например, сульфат бария, слюда, каолин, тальк, карбонат кальция, кварц, окрашенный кварц, окрашенные полимерные сферы, порошкообразный никель, порошкообразная медь, керамический порошок с нанесенным покрытием, порошкообразный глинозем, оксиды железа и смешанные оксиды железа с хромом, слюдистые оксиды железа, алюминий в чешуйках и в порошке, диоксид титана, углеродная сажа, проводящая углеродная сажа, фталоцианин меди, висмут-ванадиевые производные, окрашивающие вещества, образующиеся по реакции с кислотами.

Ингибиторы коррозии могут быть выбранными из группы, состоящей из боратов, хроматов, молибдатов, фосфатов и силикатов цинка, алюминия, кальция, стронция, натрия и свинца, оксидов алюминия и цинка, цинка в чешуйках и в порошке, алюминия в чешуйках.

Краску, как описано в настоящем изобретении, можно наносить нормальными способами нанесения краски, т.е. с помощью кистей и валиков; кроме того, ее можно также наносить посредством распыления или с применением шпателя.

Для облегчения нанесения, а также для изготовления более однородного продукта, краску можно разбавлять органическими растворителями. Добавление растворителя облегчает как приготовление (облегчая смешивание компонентов), так и нанесение (в частности, когда нанесение производят посредством распыления). Указанные растворители могут представлять собой сложные эфиры (такие как н-бутилацетат, этилацетат, изобутилацетат), спирты (такие как изобутанол, этанол, н-бутанол, бензиловый спирт), кетоны (такие как метилизобутилкетон (MIBK), метилэтилкетон (MEK), ацетон, диизобутилкетон (DIBK)), хлорированные растворители (такие как 1,2-дихлорпропан, метиленхлорид), ароматические растворители, сольвент-нафта (Solvesso 100), ксилол, толуол, гликоли (такие как пропанолметоксиацетат (PMA), пропанолметокси (PM), бутилгликоль).

Описанную краску наносят на поверхность конструкции, защищаемой от ударов, слоем, толщина которого может варьировать от 1 до 15 мм (предпочтительно, от 4 до 10 мм). Указанную краску можно наносить на конструкции, изготовленные из различных материалов, таких как металлы (например, сталь, алюминий, медь), пластические материалы (например, PVC, PMMA, HDPE), композитные материалы (например, углеволоконные или стекловолоконные листы), керамические материалы и минеральные среды, такие как бетон или кирпичная кладка.

Чтобы получить покрытие, защищающее от ударов, которое выполняет свою функцию наилучшим образом, защищаемые поверхности (прежде всего, поверхности металлов, таких как сталь или алюминий) перед нанесением вышеуказанной краски обрабатывают, нанося на них первый слой, получаемый с применением краски, содержащей от 5 до 20% поливиниловой смолы, от 1 до 10% фенольной смолы, от 7 до 20% эпоксидной смолы, от 15 до 50% полиизоцианатной смолы, от 15 до 50% ингибитора коррозии и от 1 до 15% кислоты или амина.

В предпочтительном составе указанный первый слой получают, применяя краску, содержащую от 8 до 20% поливиниловой смолы, от 2 до 8% фенольной смолы, от 9 до 19% эпоксидной смолы, от 30 до 40% полиизоцианатной смолы, от 20 до 30% ингибитора коррозии и от 4 до 12% кислоты или амина.

В еще более предпочтительном составе указанный первый слой получают, применяя краску, содержащую от 10 до 16% поливиниловой смолы, от 2 до 5% фенольной смолы, от 14 до 19% эпоксидной смолы, от 22 до 36% полиизоцианатной смолы, от 20 до 27% ингибитора коррозии и от 5 до 10% кислоты или амина.

Согласно составу вышеописанной краски, из которой состоит первый кроющий слой, эпоксидная смола является выбранной из группы, состоящей из твердой или жидкой эпоксидной смолы из бисфенола А, или бисфенола F, или смеси A/F, эпоксидной смолы, модифицированной полисульфидом, эпоксидно-полиэфирной смолы, эпоксидно-фенольной смолы, эпоксидно-винилэфирной смолы (эпоксидная смола может также содержать функционально активный разбавитель); поливиниловая смола может иметь гидроксильные функциональные группы и может быть выбранной из группы, состоящей, без ограничения, из поливинилбутиральной смолы, сополимерной смолы винилхлорида, винилацетата, винилового спирта, гидроксиалкилакрилата, взятых индивидуально или в смеси. Указанный ингибитор коррозии является выбранным из группы, состоящей из боратов, хроматов, молибдатов, фосфатов и силикатов цинка, алюминия, кальция, стронция, натрия и свинца, оксидов алюминия и цинка, порошкообразного цинка; указанная кислота является выбранной из группы, состоящей из фосфорной кислоты и азотной кислоты, указанный амин является выбранным из группы, состоящей из алифатического циклического амина, полиамидного аддукта, третичного амина, диамина.

К указанной краске могут быть также добавлены вещества, которые обеспечивают ее стабильность и облегчают нанесение, такие как антиседиментационные добавки, поверхностно-активные добавки, поверхностные добавки, добавки, способствующие растеканию краски, добавки, способствующие разравниванию краски, смачивающие и диспергирующие добавки, добавки, ускоряющие реакцию, добавки или смолы, повышающие пластичность и/или эластичность (такие как хлорированные парафины, фталаты, себацинаты, тримеллитаты, адипаты, углеводородные смолы, эпоксиполисульфиды, полиэфирные смолы, такие как LTW производства Evonik Degussa GmbH или K-flex^® производства King Industries Inc. и т.п.), окрашивающие пигменты и добавочные наполнители, как описано выше, замутняющие добавки (такие как кремнеземы, полиуретановые, и/или полиамидные, и/или полипропиленовые воски, слюды, полиамидные порошки, такие как Vestosint^® производства Evonik Degussa GmbH и т.п.), добавки, которые улучшают адгезию (такие как органические силаны, полиолефины и т.п.) и функциональные активные разбавители. Было отмечено, что добавление органических силанов улучшает совместимость системы на средах неорганической природы (керамике, стекле, бетоне или кирпичной кладке), тогда как добавление хлорированного полиолефина улучшает сцепление с конкретными пластическими средами.

Указанный первый слой можно наносить обычными способами нанесения красок с помощью кистей или валиков, а также посредством распыления.

Согласно типу нанесения, применяемого для указанного первого кроющего слоя, к краске, из которой он состоит, преимущественно добавляют подходящие органические растворители, которые облегчают и ее приготовление. Указанные органические растворители могут представлять собой сложные эфиры (такие как н-бутилацетат, этилацетат, изобутилацетат), спирты (такие как изобутанол, этанол, н-бутанол, бензиловый спирт), кетоны (такие как метилизобутилкетон (MIBK), метилэтилкетон (MEK), ацетон, диизобутилкетон (DIBK)), хлорированные растворители (такие как 1,2-дихлорпропан, метиленхлорид), ароматические растворители, сольвент-нафта (Solvesso 100), ксилол, толуол, алифатические растворители (такие как нефтяной скипидар), гликоли (такие как пропанолметоксиацетат (PMA), пропанолметокси (PM), бутил гликоль).

Краску, защищающую от ударов, наносят поверх первого защитного слоя, описанного выше, благодаря чему образуется оболочка, покрывающая защищаемые поверхности.

Согласно настоящему изобретению первый защитный слой наносят так, чтобы его толщина в высушенном состоянии составляла от 4000 до 15000 мкм.

Таким покрытием, как описано выше, можно обрабатывать конструкции или участки поверхностей конструкций, изготовленных из разнообразных материалов, таких как металлы (например, из стали, алюминия, меди), пластических материалов (например, PVC, PMMA, HDPE), композитных материалов (например, углеволоконных или стекловолоконных листов), керамических материалов и минеральных сред (например, бетона или кирпичной кладки).

Некоторые примеры краски для защиты от ударов и первого защитного слоя согласно настоящему изобретению перечислены ниже.

Примеры первого защитного слоя

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Указанный первый слой наносят на обрабатываемые детали не позднее 5-8 часов после смешивания всех компонентов вышеуказанного состава.

Этот первый защитный слой можно наносить кистью, но при этом трудно поддерживать постоянную толщину. Поэтому предпочтительным является нанесение валиком или аэрозольное нанесение с помощью пульверизатора большого объема и низкого давления, или традиционного воздушного пульверизатора, или диафрагменного насоса низкого давления. Толщина высушенного слоя, обычно получаемая с приведенными в примере составами, наносимыми пульверизатором в виде горизонтальных и вертикальных полос, составляет приблизительно 8-12 мкм.

Примеры краски для защиты от ударов

Пример 1

Пример 2

Пример 3

Пример 4

Пример 5

Пример 6

Краску наносят на обрабатываемые детали не позднее 20-40 минут после смешивания всех компонентов вышеуказанных составов.

Покрытие можно наносить кистью, шпателем или валиком или с использованием безвоздушного насоса, соответствующим образом модифицированного (в каналах, фильтрующих деталях, форсунках и т.п.) для предупреждения закупоривания системы волокнами, содержащимися в продукте. Толщина высушенного покрытия, обычно получаемая с приведенными в примере составами, наносимыми безвоздушной системой, калиброванной соответствующим образом, может достигать 1-2 мм. Для получения оптимальной ударостойкости наносят слой, толщина которого в сухом состоянии составляет не менее 4 мм.

Соответственно типам применяемой смолы, эластичной в большей или меньшей степени, и/или любых пластификаторов или активных растворителей, могут быть получены покрытия, которые являются эластичными в большей или меньшей степени. Проведенные испытания показывают, что комбинация более эластичного покрытия, используемого в качестве первого слоя, со следующим за ним более жестким покрытием, используемым в качестве второго слоя, обеспечивает оптимальную устойчивость к ударам также и при повышенных температурах, когда мягкое покрытие утрачивает сцепление; принцип этого явления такой же, как у мотоциклетного шлема.

Испытания проводили на конструкциях, обработанных покрытиями, как описано в примерах, приведенных выше, согласно стандарту BS EN 13261 (2003) Класса 1, по которому оценивают устойчивость к удару при -25° и при комнатной температуре (+25°). Эти испытания проводили для оценки устойчивости к удару у поверхностей, образуемых деталями железнодорожного подвижного состава или других транспортных средств.

Таблица, представленная ниже, показывает результаты, полученные с конструкциями, на которые нанесены покрытия согласно настоящему изобретению.

Проводили также испытания согласно стандартам ASTM и ISO для оценки устойчивости покрытия, подвергаемого химическим или механическим воздействиям; результаты этих испытаний приведены в таблице, представленной ниже.

Покрытиями согласно настоящему изобретению можно просто и быстро покрывать конструкции или поверхности конструкций, изготовленных из любого материала или в любой форме. Можно также в любое время наносить дополнительные корректирующие покрытия, тем самым обеспечивая адекватную защиту поверхности, нуждающейся в этом. Кроме того, описанное покрытие гарантирует превосходную эффективность при высоких и низких температурах, а также защищает от ударов детали, подвергаемые высоким напряжениям, обеспечивая их оптимальное функционирование.